[发明专利]一种高强度气瓶用合金钢、气瓶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气瓶用低合金钢，特别是涉及一种用于生产高压无缝气瓶的高强度低合金钢及其制备方法。

背景技术

气瓶是指在正常环境下可重复充气使用的盛装永久气体、液化气体或溶解气体等的移动式压力容器。钢质气瓶作为一种气体储存容器，已广泛应用于工业、矿业、军事、医药、潜水、汽车等领域。根据制造工艺的不同钢质气瓶又可分为焊接气瓶和无缝气瓶两类。焊接气瓶是以钢板为原料，冲压卷焊制造的钢瓶。无缝气瓶是以钢坯为原料，经冲压拉伸制造或以无缝钢管为材料，经热旋压收口收底而制造。无缝气瓶从根本上消除了传统气瓶生产中与焊缝有关的不连续、强度降低、脆裂和拉应力集中等缺陷，气瓶的气密性和耐压性能有了大幅提高。

随着工业技术的进步，人们对钢制无缝气瓶的工作压力、公称容积、瓶体重量提出了更高的要求。目前，钢质无缝气瓶常见的充装压力为15-20MPa，少部分采用30MPa高压充装。据统计，国外30MPa高压力气瓶的比例呈10％的年均速度增长。增大气瓶的公称容积同样也利于提高气瓶储气能力，但容积增大将导致气瓶直径增加，为保证气瓶的安全使用，设计上将不得不提高瓶壁厚度，势必增加气瓶重量。当前，社会的发展正朝资源节约型的方向进行，大力提倡产品、结构的轻量化设计概念。对于高充装压力、大容积无缝气瓶，只有在钢坯材料性能保证的前提下，气瓶的壁厚才有可能降低，从而使得单个气瓶的重量降低，达到既节约资源，又减轻运输成本的目的。目前工业生产常用的气瓶钢合金材料抗拉强度均在1100MPa以下，如果通过热处理方法进一步提高其强度，将使气瓶低温冲击韧性无法保证。

CN101818309A介绍了一种气瓶钢及其制造方法，主要通过提高钢中Mo含量到0.40％以上，同时添加少量的Ti元素强化合金，钢坯经淬火回火处理后抗拉强度达到1120MPa以上，断后延伸率在14％以上。

CN101560631A提供一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料，主要通过控制材料中P、S、V、Nb、Ti、B、Zr、Cu、Al元素含量，同时优化C、Si、Mn、Cr含量，当该钢坯材料经冲压而制成无缝气瓶后抗拉强度达到920MPa以上时，仍能通过H₂S应力腐蚀试验，可用于汽车动力系统中储存压缩天然气。

US4461657提供一种高强度钢及气瓶的制造方法，主要通过添加0.04-0.10％的V元素强化材料，同时根据钢中S元素含量添加Ca和稀土元素，优化热处理工艺后该材料抗拉强度可达1069MPa以上。

US5133928提供一种气瓶钢成分，通过降低钢中S含量到0.005％以下，同时添加少于0.25％的Ni，以提高钢的强度和韧性。

上述专利或申请所涉及的低合金钢种大多采取添加Ni元素同时提高Mo含量的方式，达到提高材料强度、韧性和回火稳定性的目的，但Ni、Mo元素的添加将使得材料合金成本增加，从而使得最终气瓶价格提高。

随着工业技术的进步，为达到提高气体传送和储存效率的目的，钢制无缝气瓶要求具有更高的工作压力、大的公称容积、以及轻的瓶体重量。这对于用于制造无缝气瓶的材料性能提出了更高的要求，特别是其强度和韧性。因此，研究开发高强度、高冲击韧性的高压无缝气瓶用低合金钢意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度在1100MPa以上，-50℃低温冲击韧性在45J/cm²以上，同时无需添加Ni元素，且Mo含量控制在0.30％以下的经济型高强度气瓶用合金钢。

为实现上述目的，本发明高强度气瓶用合金钢，其化学成分配比(重量百分比)为：C：0.30-0.38％，Si：0.15-0.37％，Mn：0.60-0.90％，Cr：0.80-1.20％，Mo：0.15-0.30％，Al：0.01-0.05％，Ti：0.00-0.25％，Nb：0.02-0.25％，W：0.03-0.20％，Ca：0.002-0.004％，P≤0.010％，S≤0.010％，且Ti+Nb≥0.07％，Ca：0.002-0.004％，N≤0.0035％，其余为Fe和不可避免的杂质，杂质元素的总量低于0.05％。

本发明的上述高强度气瓶用合金钢的组织为回火索氏体组织。

本发明的上述高强度气瓶用合金钢的抗拉强度为1100MPa以上，-50℃低温冲击韧性高于45J/cm²。优选地，所述合金钢的抗拉强度为1150-1305MPa，-50℃低温冲击韧性为50-90J/cm²。

本发明的另一个目的是提供由上述合金钢制造的钢质气瓶。